用鹽酸從玻璃粉中浸出氧化鈰試驗研究

雷大士，王宇斌，張小波，彭祥玉，李 帥

(西安建筑科技大學 材料與礦資學院，陜西 西安 710055)

用鹽酸從玻璃粉中浸出氧化鈰試驗研究

雷大士，王宇斌，張小波，彭祥玉，李 帥

(西安建筑科技大學 材料與礦資學院，陜西 西安 710055)

某玻璃粉廢料中含有稀土元素，其中氧化鈰質量分數為2.17 g/t。研究了采用酸浸—沉淀工藝從玻璃粉中回收氧化鈰，考察了鹽酸用量、液固體積質量比、浸出溫度、浸出時間等因素對氧化鈰浸出率的影響。結果表明：在鹽酸用量150 g/L、液固體積質量比6∶1、浸出溫度80 ℃、浸出時間3 h條件下，鈰浸出率為92.64%。此方法可用于從固體廢棄物中回收稀土。

玻璃粉；氧化鈰；浸出；回收

廢棄玻璃粉長期堆積會占用大量土地，且其中的有毒有害成分也會滲入土壤，造成土壤及周邊水污染。玻璃粉中含有大量稀土元素，是重要的稀土二次資源[1-3]，因此，研究從玻璃粉中回收稀土對環境保護和資源回收都具有重要意義[4-5]。

目前，從礦石中回收稀土多采用浮選、重選或磁選工藝，但玻璃粉中的稀土元素多呈固溶體形式存在，難以通過物理方法有效回收[6-10]。因此，研究了采用浸出—沉淀工藝從玻璃粉中回收氧化鈰，以期為從類似物料中回收稀土提供參考。

1 原料性質

玻璃粉的主要有價元素組成見表1，其中Ce2O3質量分數為2.17 g/t，達到工業回收標準，但由于玻璃在生產過程中經高溫煅燒，各組分被破壞形成熔融體，且其中的鈰與雜質呈固溶體形式存在，回收難度較大。

表1 玻璃粉的化學組成 %

2 試驗部分

2.1 試劑與儀器

試驗所用主要試劑：鹽酸(36%，廣州德樹化工有限公司)，草酸(化學純，西安裕華生物科技有限公司)。

試驗所用主要儀器：RK/XJT充氣多功能浸出攪拌槽(武漢克洛粉磨設備制造有限公司)，pHs-3C型精密pH計(上海精密科學儀器有限公司)。

2.2 試驗方法與原理

浸出試驗在浸出攪拌槽中進行。每次試驗稱取200 g試樣，配制成一定液固體積質量比，然后置于浸出槽中加溫并攪拌，一定時間后過濾，分析不同浸出條件下浸出渣中的鈰質量分數，計算鈰浸出率。在不同溫度下對浸出液進行沉淀，過濾后對沉淀物進行煅燒得最終氧化鈰精礦產品。

以鹽酸作浸出劑浸出鈰，主要反應如下：

(1)

(2)

3 試驗結果與討論

3.1 鹽酸質量濃度對鈰浸出率的影響

試驗條件：浸出溫度90 ℃，液固體積質量比6∶1，浸出時間3 h。鹽酸質量濃度對鈰浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 鹽酸質量濃度對鈰浸出率的影響

由圖1看出：鈰浸出率隨鹽酸質量濃度增大而提高，因為鹽酸質量濃度增大可增加其與試樣中鈰元素的接觸概率，有利于化學置換反應的發生，從而使鈰浸出率提高；當鹽酸質量濃度增大至150 g/L時，鈰浸出率達92.64%；再進一步增大鹽酸質量濃度，稀土浸出率變化不明顯。綜合考慮鈰浸出率和生產成本，確定適宜的鹽酸質量濃度為150 g/L。

3.2 液固體積質量比對鈰浸出率的影響

試驗條件：浸出溫度90 ℃，浸出時間3 h，鹽酸質量濃度150 g/L。液固體積質量比對鈰浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 液固體積質量比對鈰浸出率的影響

由圖2看出：鈰浸出率隨液固體積質量比增大而提高，因為適當增大液固體積質量比，鹽酸與鈰的接觸概率增大，進而有利于鈰的浸出；當液固體積質量比為6∶1時，稀土鈰浸出率為92.64%；繼續增大液固體積質量比至7∶1，鈰浸出率僅提高0.79%。液固體積質量比增大，浸出液體積增大，相應的生產設備要求也會提高，綜合考慮，確定適宜的液固體積質量比為6∶1。

3.3 浸出時間對鈰浸出率的影響

試驗條件：浸出溫度90 ℃，液固體積質量比6∶1，鹽酸用量150 g/L。浸出時間對鈰浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 浸出時間對鈰浸出率的影響

由圖3看出：鈰浸出率隨浸出時間延長而提高，浸出2 h時，鈰浸出率為87.44%；浸出時間延長至3 h，鈰浸出率提高至92.64%；繼續延長浸出時間至4 h，鈰浸出率變化不大。因為物料粒度較小，比表面積較大，與溶液中鹽酸接觸充分，浸出速度很快，反應在較短時間內即可達到平衡，延長浸出時間對鈰浸出率影響不大。綜合考慮，確定適宜的浸出時間為3 h。

3.4 浸出溫度對鈰浸出率的影響

試驗條件：鹽酸質量濃度150 g/L，液固體積質量比6∶1，浸出時間為3 h。浸出溫度對鈰的浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出溫度對鈰浸出率的影響

由圖4看出：鈰浸出率隨溫度升高而提高，溫度升高可降低溶液黏度，加快分子運動，使鹽酸與固體物料之間的傳質速度加快，因而可縮短反應時間，提高浸出效率；溫度升至80 ℃時，鈰浸出率達92.64%；繼續升溫至100 ℃，鈰浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定適宜的浸出溫度為80 ℃。

3.5 鈰的沉淀

浸出液中鈰質量濃度為2.87 g/L。常溫下，草酸與鈰反應形成難溶于水和無機酸的草酸鈰，而其他雜質不與草酸作用仍留在溶液中，鈰與雜質分離。沉淀反應為：

(3)

(4)

草酸質量濃度對鈰沉淀率的影響試驗結果見表2，沉淀時間1 h。可見，草酸質量濃度為8 g/L時，鈰沉淀率為92.15%，沉淀效果較好。

表2 草酸用量對鈰沉淀率的影響

4 結論

玻璃粉中含有稀土元素鈰，其與雜質呈固溶體形式存在，采用物理選礦方法不能有效分選，而采用酸浸—沉淀工藝可有效回收。在鹽酸質量濃度150 g/L、液固體積質量比6∶1、浸出時間3 h、浸出溫度80 ℃條件下，鈰浸出率達92.64%。浸出液加草酸可沉淀草酸鈰產品。該方法可用于稀土廢棄物的綜合回收與治理。

[1] 孫傳堯.選礦工程師手冊[M].北京:冶金工業出版社，2015:240.

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Experimental Study on Recovery of Cerium From Glass Powder by Hydrochloric Acid

LEI Dashi，WANG Yubin，PENG Xiangyu,ZHANG Xiaobo，LI Shuai

(CollegeofMaterialsandMineralResources，Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)

Recovery of cerium from waste glass powder containing rare earth elements by hydrochloric acid leaching-precipitation was investigated.The effects of hydrochloric acid concentration，liquid-to-solid ratio，leaching time，temperature on leaching of cerium were examined.The results show that leaching rate of 92.64% is obtained under the conditions of leaching time of 3 h，hydrochloric acid concentration of 150 g/L，temperature of 80 ℃，liquid-to-solid ratio of 6∶1.The results provided an alternative process for recovering rare earths from solid waste.

glass powder;cerium oxide;leaching;recovery

2016-09-02

陜西省科技廳基金資助項目(2014SJ-04)。

雷大士(1991-)，男，河北石家莊人，碩士研究生，主要研究方向為礦產綜合利用。E-mail:18710348698@163.com。

TF845.3

A

1009-2617(2017)03-0197-03

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.03.007